JP2019169352A - Nickel hydrogen battery and manufacturing method of power storage module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ニッケル水素電池及び蓄電モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nickel metal hydride battery and a power storage module.
集電体の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極を備える蓄電モジュール(バイポーラ電池)が知られている(特許文献1参照)。この蓄電モジュールでは、セパレータと集電体とシール部材とで形成された内部空間の一部の領域に、電解液が封入されている。電解液を含浸したセパレータからなる電解質層を介して、バイポーラ電極が積層されている。蓄電モジュールには、シール部を貫通するチューブが設けられている。チューブの一端は内部空間に臨み、他端は電池の外部空間に臨む。蓄電モジュールを使用している間、内部空間の圧力が上昇すると、このチューブが圧力調整弁として機能する。 A power storage module (bipolar battery) including a bipolar electrode in which a positive electrode is formed on one surface of a current collector and a negative electrode is formed on the other surface is known (see Patent Document 1). In this power storage module, an electrolytic solution is sealed in a partial region of the internal space formed by the separator, the current collector, and the seal member. Bipolar electrodes are laminated via an electrolyte layer made of a separator impregnated with an electrolytic solution. The power storage module is provided with a tube that penetrates the seal portion. One end of the tube faces the internal space, and the other end faces the external space of the battery. When the pressure in the internal space increases while using the power storage module, this tube functions as a pressure regulating valve.
上述のような蓄電モジュールの内部空間には電解液が存在するため、充放電時に当該電解液からガスが発生することがある。このため、ガスが発生してもすぐに圧力調整弁が作用しないように、内部空間には、電解液が存在しない残空間が設けられている。ところが、蓄電モジュールとしての出力が高くなると、瞬時に多くのガスが発生することがあり、これが原因で圧力調整弁が作用して電解液が漏れ出してしまうおそれがある。したがって、蓄電モジュールの高出力化を図るには制限があった。 Since the electrolytic solution exists in the internal space of the power storage module as described above, gas may be generated from the electrolytic solution during charging and discharging. For this reason, the remaining space in which the electrolyte does not exist is provided in the internal space so that the pressure regulating valve does not act immediately even when gas is generated. However, when the output of the power storage module increases, a large amount of gas may be generated instantaneously, which may cause the pressure regulating valve to act and cause the electrolyte to leak out. Therefore, there has been a limit to increasing the output of the power storage module.
本発明は、高出力化を図ることができるニッケル水素電池及び蓄電モジュールの製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the nickel hydride battery and electrical storage module which can achieve high output.
本発明に係るニッケル水素電池は、一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成された電極板からなるバイポーラ電極がセパレータを介して第一方向に積層された積層体を有する、ニッケル水素電池であって、積層体を収容する収容体と、収容体によって囲まれる内部空間に連通する開口に接続される圧力調整弁と、を備え、内部空間は、水酸化カリウムを含む電解液が存在する第一領域と電解液が存在しない第二領域とを有し、第二領域の気圧は、大気圧よりも低く、かつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い。 A nickel metal hydride battery according to the present invention has a laminate in which a bipolar electrode composed of an electrode plate having a positive electrode formed on one surface and a negative electrode formed on the other surface is stacked in a first direction via a separator. A nickel-metal hydride battery, comprising: a container that houses the laminated body; and a pressure regulating valve that is connected to an opening that communicates with the internal space surrounded by the container, and the internal space includes an electrolytic solution containing potassium hydroxide. And a second region where no electrolytic solution exists, and the atmospheric pressure in the second region is lower than atmospheric pressure and higher than the saturated vapor pressure of the electrolytic solution.
この構成のニッケル水素電池は、上記内部空間のうち電解液が存在しない第二領域(電解液が存在しない残空間)の気圧が大気圧よりも低い。このため、第二領域にガスを充填させたときの圧力上昇が緩やかになる。言い換えれば、大気圧状態の第二領域に比べ、大気圧よりも低く、かつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い第二領域は、一定の圧力に到達するまでに多くのガス量を受け入れることができる。これにより、瞬時に多くのガスが発生したとしても、圧力調整弁が作用するまでの時間が長くなるので、ニッケル水素電池の高出力化を図ることができる。なお、ここでいう圧力調整弁は、内部空間の圧力が解放されれば再び閉弁する構成、内部空間の圧力が解放されても開弁状態のまま閉弁状態に戻らない構成の両方を含む。 In the nickel-metal hydride battery having this configuration, the atmospheric pressure of the second region (remaining space in which no electrolyte solution exists) in the internal space is lower than the atmospheric pressure. For this reason, the pressure rise when the gas is filled in the second region is moderated. In other words, the second region, which is lower than atmospheric pressure and higher than the saturated vapor pressure of the electrolyte, can accept a larger amount of gas before reaching a certain pressure than the second region in the atmospheric pressure state. it can. As a result, even if a large amount of gas is generated instantaneously, the time until the pressure regulating valve acts increases, so that the output of the nickel-metal hydride battery can be increased. The pressure regulating valve here includes both a configuration that closes again when the pressure in the internal space is released, and a configuration that does not return to the closed state even if the pressure in the internal space is released. .
本発明に係るニッケル水素電池では、第二領域の容積は、0mLより大きく10mL以下であってもよい。このニッケル水素電池の内部空間は、第二領域の容積が0mLより大きく10mL以下という非常に狭い空間なので圧力が上昇し易い。このような構成であっても、ニッケル水素電池の高出力化を図ることができる。 In the nickel metal hydride battery according to the present invention, the volume of the second region may be greater than 0 mL and 10 mL or less. Since the internal space of the nickel metal hydride battery is a very narrow space in which the volume of the second region is larger than 0 mL and not more than 10 mL, the pressure is likely to rise. Even with such a configuration, it is possible to increase the output of the nickel-metal hydride battery.
圧力調整弁は、内部空間の圧力が0.5MPa以上1.2MPa以下の範囲で開弁してもよい。 The pressure regulating valve may be opened when the pressure in the internal space is in the range of 0.5 MPa to 1.2 MPa.
本発明に係るニッケル水素電池では、第二領域の気圧は、50kPa以下としてもよい。これにより、より効率的にニッケル水素電池の高出力化を図ることができる。 In the nickel metal hydride battery according to the present invention, the atmospheric pressure in the second region may be 50 kPa or less. As a result, the output of the nickel-metal hydride battery can be increased more efficiently.
本発明に係るニッケル水素電池は、収容体は、電極板の周縁を保持すると共に、積層体における第一方向に直交する側面を覆う枠体であり、圧力調整弁は、互いに隣り合う電極と枠体とによって囲まれる複数の内部空間のそれぞれに連通する開口に接続されてもよい。これにより、積層体における第一方向に直交する側面を覆う枠体に設けられた開口に圧力調整弁が設けられる場合であっても、高出力化を図ることができる。 In the nickel metal hydride battery according to the present invention, the container is a frame body that holds the periphery of the electrode plate and covers the side surface orthogonal to the first direction in the laminate, and the pressure regulating valve includes the electrode and the frame that are adjacent to each other. You may connect to the opening connected to each of the some internal space enclosed by the body. Thereby, even if it is a case where a pressure control valve is provided in the opening provided in the frame which covers the side surface orthogonal to the 1st direction in a laminated body, high output can be achieved.
本発明に係る蓄電モジュールの製造方法では、正極又は負極の少なくとも一方が形成された電極板からなる電極がセパレータを介して第一方向に積層された積層体と、積層体を収容する収容体と、収容体によって囲まれる内部空間に連通する開口に接続される圧力調整弁と、を備える蓄電モジュールの製造方法であって、内部空間の気圧を収容体の外部空間の気圧よりも下げ、内部空間と外部空間との気圧差によって内部空間に電解液を注入する電解液注入工程と、電解液が注入された内部空間の開口に圧力調整弁を接続する調整弁接続工程と、を含み、電解液注入工程は、内部空間に電解液が存在しない領域が形成されるように、注入する電解液の量を調整し、調整弁接続工程は、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い気圧環境下において開口に圧力調整弁が接続される。 In the method for manufacturing an electricity storage module according to the present invention, a laminated body in which an electrode made of an electrode plate on which at least one of a positive electrode and a negative electrode is formed is laminated in a first direction via a separator, and a container that houses the laminated body, A pressure regulating valve connected to an opening communicating with the internal space surrounded by the container, wherein the pressure in the internal space is lower than the pressure in the external space of the container, and the internal space An electrolyte solution injection step of injecting an electrolyte solution into the internal space due to a pressure difference between the external space and an adjustment space connecting step of connecting a pressure adjustment valve to the opening of the internal space into which the electrolyte solution has been injected. The injection step adjusts the amount of electrolyte to be injected so that a region where the electrolyte does not exist is formed in the internal space, and the adjustment valve connection step is lower than the atmospheric pressure and lower than the saturated vapor pressure of the electrolyte. High pressure Pressure regulating valve is connected to an opening in the boundary under.
この蓄電モジュールの製造方法は、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い環境下において、電解液が注入された積層体の開口に圧力調整弁を接続するので、圧力調整弁を接続後の内部空間の圧力を、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高くすることができる。このため、第二領域にガスを充填させたときの圧力上昇が緩やかになる。言い換えれば、大気圧状態の第二領域に比べ、大気圧よりも低く、かつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い第二領域は、一定の圧力に到達するまでに多くのガス量を受け入れることができる。これにより、瞬時に多くのガスが発生したとしても、圧力調整弁が作用するまでの時間が長くなるので、蓄電モジュールの高出力化を図ることができる。 In this power storage module manufacturing method, the pressure regulating valve is connected to the opening of the laminate into which the electrolytic solution is injected in an environment lower than atmospheric pressure and higher than the saturated vapor pressure of the electrolytic solution. The pressure in the internal space after connection can be made lower than the atmospheric pressure and higher than the saturated vapor pressure of the electrolyte. For this reason, the pressure rise when the gas is filled in the second region is moderated. In other words, the second region, which is lower than atmospheric pressure and higher than the saturated vapor pressure of the electrolyte, can accept a larger amount of gas before reaching a certain pressure than the second region in the atmospheric pressure state. it can. As a result, even when a large amount of gas is generated instantaneously, the time until the pressure regulating valve acts increases, so that the output of the power storage module can be increased.
この蓄電モジュールの製造方法は、電極は、電極板の一方の面に正極が形成され、他方の面に負極が形成されたバイポーラ電極であり、蓄電モジュールは、ニッケル水素電池であり、電解液には、水酸化カリウムが含まれてもよい。このような製造方法で製造されるニッケル水素電池も、ニッケル水素電池の高出力化を図ることができる。 In this method of manufacturing a power storage module, the electrode is a bipolar electrode in which a positive electrode is formed on one surface of an electrode plate and a negative electrode is formed on the other surface, the power storage module is a nickel metal hydride battery, May contain potassium hydroxide. The nickel-metal hydride battery produced by such a production method can also increase the output of the nickel-metal hydride battery.
この蓄電モジュールの製造方法に用いられる収容体は、電極板の周縁を保持すると共に、積層体における第一方向に直交する側面を覆う枠体であり、調整弁接続工程は、互いに隣り合う電極と枠体とによって囲まれる複数の内部空間のそれぞれに連通する開口に圧力調整弁が接続されてもよい。これにより、積層体における第一方向に直交する側面を覆う枠体に設けられた開口に圧力調整弁が設けられる場合であっても、高出力化を図ることができる。 The container used in the method for manufacturing the power storage module is a frame body that holds the periphery of the electrode plate and covers a side surface orthogonal to the first direction in the laminated body. A pressure regulating valve may be connected to an opening communicating with each of the plurality of internal spaces surrounded by the frame. Thereby, even if it is a case where a pressure control valve is provided in the opening provided in the frame which covers the side surface orthogonal to the 1st direction in a laminated body, high output can be achieved.
この蓄電モジュールの製造方法の調整弁接続工程では、50kPa以下かつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い気圧環境下において開口に圧力調整弁が接続されてもよい。これにより、より効率的に蓄電モジュールの高出力化を図ることができる。 In the adjustment valve connection step of the method for manufacturing the electricity storage module, the pressure adjustment valve may be connected to the opening in a pressure environment of 50 kPa or less and higher than the saturated vapor pressure of the electrolyte. As a result, the output of the power storage module can be increased more efficiently.
この蓄電モジュールの製造方法の調整弁接続工程では、内部空間に電解液が存在しない領域の容積が、0mLより大きく10mL以下となるように、注入する電解液の量を調整してもよい。この蓄電モジュールの内部空間は、第二領域の容積が0mLより大きく10mL以下という非常に狭い空間なので圧力が上昇し易い。このような構成の蓄電モジュールを製造する場合であっても、蓄電モジュールの高出力化を図ることができる。 In the adjustment valve connection step of the method for manufacturing the power storage module, the amount of the electrolyte to be injected may be adjusted so that the volume of the region where the electrolyte does not exist in the internal space is greater than 0 mL and equal to or less than 10 mL. Since the internal space of this power storage module is a very narrow space in which the volume of the second region is larger than 0 mL and not larger than 10 mL, the pressure is likely to rise. Even when a power storage module having such a configuration is manufactured, it is possible to increase the output of the power storage module.
本発明によれば、高出力化を図ることができる。 According to the present invention, high output can be achieved.
以下、添付図面を参照しながら一実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図1〜図6には、XYZ直交座標系が示される。 Hereinafter, an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and redundant descriptions are omitted. 1 to 6 show an XYZ orthogonal coordinate system.
まず、一実施形態に係るニッケル水素電池12を備える蓄電装置10の構成について説明する。図1に示される蓄電装置10は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、又は電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられる。
First, the structure of the
複数のニッケル水素電池12は、例えば金属板等の導電板14を介して積層され得る。積層方向D1(Z方向)から見て、ニッケル水素電池12及び導電板14は例えば矩形形状を有する。各ニッケル水素電池12の詳細については後述する。導電板14は、ニッケル水素電池12の積層方向D1において両端に位置するニッケル水素電池12の外側にもそれぞれ配置される。導電板14は、隣り合うニッケル水素電池12と電気的に接続される。これにより、複数のニッケル水素電池12が積層方向D1に直列に接続される。積層方向D1において、一端に位置する導電板14には端子部材24が接続されており、他端に位置する導電板14には端子部材26が接続されている。端子部材24は、接続される導電板14と一体であってもよい。端子部材26は、接続される導電板14と一体であってもよい。端子部材24及び端子部材26は、積層方向D1に交差する方向(X方向)に延在している。これらの端子部材24及び端子部材26により、蓄電装置10の充放電を実施できる。
The plurality of nickel
導電板14は、ニッケル水素電池12において発生した熱を放出するための放熱板としても機能し得る。導電板14の内部に設けられた複数の空隙14aを空気等の冷媒が通過することにより、ニッケル水素電池12からの熱を効率的に外部に放出できる。各空隙14aは例えば積層方向D1に交差する方向(Y方向)に延在する。積層方向D1から見て、導電板14は、ニッケル水素電池12よりも小さいが、ニッケル水素電池12と同じかそれより大きくてもよい。
The
蓄電装置10は、交互に積層されたニッケル水素電池12及び導電板14を積層方向D1に拘束する拘束部材16を備え得る。拘束部材16は、一対の拘束プレート16A,16Bと、拘束プレート16A,16B同士を連結する連結部材(ボルト18及びナット20)とを備える。各拘束プレート16A,16Bと導電板14との間には、例えば樹脂フィルム等の絶縁フィルム22が配置される。各拘束プレート16A,16Bは、例えば鉄等の金属によって構成されている。積層方向D1から見て、各拘束プレート16A,16B及び絶縁フィルム22は例えば矩形形状を有する。絶縁フィルム22は導電板14よりも大きくなっており、各拘束プレート16A,16Bは、ニッケル水素電池12よりも大きくなっている。積層方向D1から見て、拘束プレート16Aの縁部には、ボルト18の軸部を挿通させる挿通孔H1がニッケル水素電池12よりも外側となる位置に設けられている。同様に、積層方向D1から見て、拘束プレート16Bの縁部には、ボルト18の軸部を挿通させる挿通孔H2がニッケル水素電池12よりも外側となる位置に設けられている。積層方向D1から見て各拘束プレート16A,16Bが矩形形状を有している場合、挿通孔H1及び挿通孔H2は、拘束プレート16A,16Bの角部に位置する。
The
一方の拘束プレート16Aは、端子部材26に接続された導電板14に絶縁フィルム22を介して突き当てられ、他方の拘束プレート16Bは、端子部材24に接続された導電板14に絶縁フィルム22を介して突き当てられている。ボルト18は、例えば一方の拘束プレート16A側から他方の拘束プレート16B側に向かって挿通孔H1に通され、他方の拘束プレート16Bから突出するボルト18の先端には、ナット20が螺合されている。これにより、絶縁フィルム22、導電板14及びニッケル水素電池12が挟持されてユニット化されると共に、積層方向D1に拘束荷重が付加される。
One
図2は、図1の蓄電装置を構成するニッケル水素電池を示す概略断面図である。同図に示すニッケル水素電池12は、複数のバイポーラ電極(電極)32が積層された積層体30を備える。バイポーラ電極32の積層方向D1から見て積層体30は例えば矩形形状を有する。隣り合うバイポーラ電極32間にはセパレータ40が配置され得る。バイポーラ電極32は、電極板34と、電極板34の一方の面に設けられた正極36と、電極板34の他方の面に設けられた負極38とを含む。積層体30において、一のバイポーラ電極32の正極36は、セパレータ40を挟んで積層方向D1に隣り合う一方のバイポーラ電極32の負極38と対向し、一のバイポーラ電極32の負極38は、セパレータ40を挟んで積層方向D1に隣り合う他方のバイポーラ電極32の正極36と対向している。積層方向D1において、積層体30の一端には、内側面に負極38が配置された電極板34(負極側終端電極)が配置され、積層体30の他端には、内側面に正極36が配置された電極板34(正極側終端電極)が配置される。負極側終端電極の負極38は、セパレータ40を介して最上層のバイポーラ電極32の正極36と対向している。正極側終端電極の正極36は、セパレータ40を介して最下層のバイポーラ電極32の負極38と対向している。これら終端電極の電極板34はそれぞれ隣り合う導電板14(図1参照)に接続される。
2 is a schematic cross-sectional view showing a nickel metal hydride battery constituting the power storage device of FIG. The nickel
ニッケル水素電池12は、積層方向D1に延在する積層体30の側面30aにおいて電極板34の縁部34aを保持する枠体50を備える。積層体30の側面30aは、電極板34の一方の面と他方の面とを接続する端面からなる。枠体50は、積層方向D1から見て積層体30の周囲に設けられている。すなわち、枠体50は、積層体30の側面30aを取り囲むように構成されている。枠体50は、各電極板34の縁部34aに設けられ、電極板34の端部34bから張り出す張出部分52bをそれぞれ有する複数の第一樹脂部52と、積層方向D1から見て第一樹脂部52の周囲に設けられる第二樹脂部54とを備え得る。
The nickel
枠体50の内壁を構成する第一樹脂部52は、各バイポーラ電極32の電極板34の一方の面(ここでは正極36が形成される面)から縁部34aにおける電極板34の端面にわたって設けられている。積層方向D1から見て、各第一樹脂部52は、各バイポーラ電極32の電極板34の縁部34a全周にわたって設けられている。隣り合う第一樹脂部52同士は、各バイポーラ電極32の電極板34の他方の面(ここでは負極38が形成される面)の外側に延在する面において当接している。その結果、第一樹脂部52には、各バイポーラ電極32の電極板34の縁部34aが埋没して保持されている。各バイポーラ電極32の電極板34の縁部34aと同様に、積層体30の両端に配置された電極板34の縁部34aも第一樹脂部52に埋没した状態で保持されている。具体的には、正極側終端電極については、正極側終端電極の外側面(導電板14に接続される面)にも、第一樹脂部52が設けられている。すなわち、正極側終端電極の縁部34aは、正極側終端電極の外側面に設けられた第一樹脂部52(図2において一番下に設けられた第一樹脂部52)と、正極側終端電極の一方の面に設けられた第一樹脂部52とに埋没した状態で保持されている。
The
積層方向D1に隣り合う電極板34,34間には、当該電極板34,34と第一樹脂部52とによって気密に仕切られた複数の内部空間Vが形成されている。当該内部空間Vは、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液からなる電解液(不図示)が存在する第一領域V1と、電解液が存在しない第二領域V2とを有する。第二領域V2には、空気が存在する。第二領域V2の容積は、例えば、0mLより大きく10mL以下とすることができる。なお、第一領域V1と第二領域V2とは、物理的に仕切る部材によって区画されているわけではない。第二領域V2の気圧は、大気圧よりも低く、かつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い。第二領域V2は、例えば、50kPa以下かつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い気圧に設定される。
Between the
上記のようにして各内部空間Vをシールする第一樹脂部52には、当該内部空間Vと連通した連通路52e(図6参照)が形成されている。連通路52eは、第一樹脂部52の一部(例えば、積層方向D1に交差する方向(X方向)に延在する直方体状の領域)が省略又は除去されることによって形成されている。各内部空間Vは、当該内部空間Vをシールする第一樹脂部52に形成された連通路52eを介して、後述する圧力調整弁60に接続されている。
In the
枠体50の外壁を構成する第二樹脂部54は、積層方向D1を軸方向として延在する筒状部である。第二樹脂部54は、積層方向D1において積層体30の全長にわたって延在する。第二樹脂部54は、積層方向D1に延在する第一樹脂部52の外側面を覆っている。第二樹脂部54は、例えば、射出成形等により形成される。第二樹脂部54は、第一樹脂部52の周縁部にモールドを設置し、当該モールド内に流動性を有する第二樹脂部54の樹脂材料を流し込むことによって形成される。これにより、図2に示されるように、第一樹脂部52及び第二樹脂部54を有する枠体50が形成される。
The
電極板34は、例えばニッケルからなる矩形の金属箔である。或いは、電極板34は、ニッケルめっき鋼板であってもよい。電極板34の縁部34aは、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工領域となっており、当該未塗工領域が枠体50の内壁を構成する第一樹脂部52に埋没して保持される領域となっている。正極36を構成する正極活物質としては、例えば水酸化ニッケルが挙げられる。負極38を構成する負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が挙げられる。電極板34の他方の面における負極38の形成領域は、電極板34の一方の面における正極36の形成領域に対して一回り大きくなっている。
The
セパレータ40は、例えばシート状に形成されている。セパレータ40を形成する材料としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン等からなる織布又は不織布等が例示される。また、セパレータ40は、フッ化ビニリデン樹脂化合物等で補強されたものであってもよい。
The
枠体50(第一樹脂部52及び第二樹脂部54)は、例えば絶縁性の樹脂を用いた射出成形によって矩形の筒状に形成されている。枠体50を構成する樹脂材料としては、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、又は変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)等が挙げられる。
The frame 50 (the
積層方向D1から見て枠体50の一辺を形成する一の側面50s(ここでは、枠体50の長手方向(X方向)を向く一の側面50s)には、複数(ここでは四つ)の開口50aが設けられている。各開口50aは、各内部空間Vに電解液を注入するための注液口として機能すると共に、電解液が注入された後は、圧力調整弁60の接続口として機能する。
One
図3〜図6に示されるように、一つの開口50aは、第一樹脂部52に設けられた第一開口52aと、第二樹脂部54に設けられた第二開口54aとによって構成されている。各第一開口52aは、隣り合うバイポーラ電極32間の内部空間Vと連通している。各開口50aにおいて、第一樹脂部52には複数(ここでは六つ)の第一開口52aが設けられており、第二樹脂部54には、複数の第一開口52aを覆うように広がる単一の第二開口54aが設けられている。第一開口52aは、各第一樹脂部52に設けられてもよいし、隣り合う第一樹脂部52間に設けられてもよい。各第一開口52a及び第二開口54aの形状は例えば矩形である。
As shown in FIGS. 3 to 6, one opening 50 a is configured by a
各開口50aが設けられる部分において、第二樹脂部54は、積層体30の最外層(最上層又は最下層)に位置する第一樹脂部52の張出部分52bの積層方向D1(Z方向)における外側面52cに設けられた上下一対の拡張部54bを有している。すなわち、拡張部54bは、第二樹脂部54の一部によって形成されている。各拡張部54bは、複数の第一樹脂部52の張出部分52bの端面により構成された第一側面52dと積層方向D1に連続する第二側面54cを有している。第一側面52dと第二側面54cとは、面一に連続している。
In the portion where each
本実施形態では、ニッケル水素電池12には、二十四個の内部空間Vが形成されており、一つの開口50aは、積層方向D1における高さ位置が四段ずつずれた六つの内部空間Vと連通している。各内部空間Vは、上述した連通路52eを介して、四つの開口50aのうちのいずれか一つと連通している。圧力調整弁60は、ベース部材70と、ケース部材80と、複数(ここでは六つ)の弁体90と、カバー部材100とを有している。
In the present embodiment, the nickel
ベース部材70は、略直方体状の外形を有しており、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、又は変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)等によって形成されている。ベース部材70は、開口50aに接続される。X方向から見て、ベース部材70の下面及び両側面が、第二開口54aによって位置決めされる。ベース部材70は、例えば、側面71と第一側面52d及び第二側面54cとの接触部分の一部または全部が溶着されることにより、開口50aに対して固定される。側面71と第一側面52d及び第二側面54cとの溶着は、例えば熱板溶着、レーザ透過溶着、及び超音波溶着等により行われる。ベース部材70には、側面71から側面72にかけて貫通する複数(ここでは六つ)の第一連通孔73〜78が設けられている。第一連通孔73〜78のそれぞれは、対応する第一開口52a(連通路52e)と連通する連通孔である。
The
ケース部材80は、略直方体状の外形を有する箱状部材であり、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、又は変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)等によって形成されている。ケース部材80は、箱の底面に相当する側面81においてベース部材70の側面72に接合される。ケース部材80には、側面81から内側面82(側面81を形成する側板の内側面)にかけて貫通する複数(ここでは六つ)の第二連通孔83〜88が設けられている。第二連通孔83〜88は、円柱状に形成されている。各第二連通孔83〜88は、対応する第一連通孔73〜78を介して、それぞれ一つの内部空間Vと連通している。
The
ベース部材70の側面72には、接続方向D2から見て複数の第一連通孔73〜78により形成される複数の連通路の各々を仕切るように接続方向D2に沿って延びた仕切壁Wが形成されている。ケース部材80の側面81には、接続方向D2から見て複数の第二連通孔83〜88により形成される複数の連通路の各々を仕切るように接続方向D2に沿って延びた仕切壁Wが形成されている。ベース部材70とケース部材80とは、例えば、これらの仕切壁W,W同士を熱板溶着することにより、互いに接合されている。
On the
ケース部材80の内側には、第二連通孔83〜88の内側の開口端83b〜88bの各々を包囲すると共に各開口端83b〜88bを塞ぐための弁体90を収容する筒状部89が設けられている。弁体90は、例えばゴム等の弾性部材によって円柱状に形成されている。弁体90は、筒状部89に収容された状態において、接続方向D2に沿って延びている。筒状部89は、弁体90の形状に合わせて略円筒状に形成されている。
Inside the
各筒状部89に収容された弁体90は、各開口端83b〜88bを塞ぐように配置されている。具体的には、各開口端83b〜88bは、弁体90側に盛り上がった盛り上がり形状をなしている。このような盛り上がり形状を有する各開口端83b〜88bに弁体90が押し当てられることにより、各開口端83b〜88bは塞がれている。
The
筒状部89の内径は、弁体90の直径よりも大きくされている。また、筒状部89の内側面には、弁体90の側面90aに当接し、弁体90を筒状部89に対して固定するための複数の突起部89aが形成されている。各突起部89aは、X方向に沿って延びている。弁体90の側面90aが六つの突起部89aに支持されることにより、弁体90の側面90aと筒状部89の内側面との間に、突起部89aの大きさに応じた隙間Gが設けられている。
The inner diameter of the
カバー部材100は、ケース部材80の開口80aを塞ぐように、ケース部材80の端部80bに接合される板状部材である。ケース部材80とカバー部材100とは、複数の弁体90が収容される収容空間Sが形成されるように、互いに接続されている。カバー部材100は、複数の弁体90を各開口端83b〜88bに押し当てるように、接続方向D2に沿って複数の弁体90をケース部材80に対して押圧する押圧部材としても機能する。
The
カバー部材100は、例えばポリプロピレン(PP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、又は変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)等によって形成されている。カバー部材100をケース部材80の端部80bに接合する方法は特に限定されないが、例えばレーザ溶着、熱板溶着、及びボルト等の締結部材を用いた締結等を用い得る。例えば、レーザ溶着を用いる場合には、カバー部材100をレーザ透過性樹脂で形成すると共にケース部材80をレーザ吸収性樹脂で形成し、レーザをカバー部材100側から照射することにより、ケース部材80におけるカバー部材100との境界部分を溶融させて接合することができる。
The
カバー部材100によってケース部材80に対して押圧された状態の弁体90の圧縮率は、例えば第二連通孔83〜88内の圧力(すなわち、第二連通孔83〜88に連通された各内部空間V内の圧力)が予め定められた設定値(例えば、0.5Mpa以上1.2Mpa以下)の範囲となった場合に、弁体90による開口端83b〜88bの閉塞が解除されるように予め調整されている。
The compression rate of the
続いて、内部空間Vの圧力調整の仕組みについて説明する。ここでは、図6に示される開口端84bに着目し、対応する内部空間Vの圧力調整の仕組みについて説明を行う。第二連通孔84は、第一連通孔74及び第一開口52aを介して、対応する内部空間Vと連通している。このため、弁体90の開口端83bを塞ぐ部分には、内部空間Vと同等の圧力がかかることになる。上述の通り、弁体90による開口端84bの閉塞の解除は、対応する内部空間V内の圧力が予め定められた設定値以上となった場合に行われるように、弁体90の圧縮率が規定されている。このため、対応する内部空間V内の圧力が設定値未満である場合には、図6に示されるように、開口端84bが弁体90によって塞がれた閉弁状態が維持される。
Next, a mechanism for adjusting the pressure in the internal space V will be described. Here, paying attention to the opening
一方、内部空間V内の圧力が上昇して設定値以上となった場合には、弁体90の一部(具体的には、開口端84bを塞ぐ部分及びその周辺部分)が開口端84bから離間するように変形し、開口端84bの閉塞が解除された開弁状態となる。その結果、閉塞が解除された開口端84bから内部空間V内のガスが放出される。その後、内部空間V内の圧力が設定値未満となった場合には、弁体90が元の状態に戻ることにより、当該開口端84bが再び閉弁状態(図6に示される状態)となる。以上の開閉動作により、圧力調整弁60は、内部空間V内の圧力を適切に調整することができる。なお、他の開口端83b,85b〜88bに対応する内部空間Vの圧力調整の仕組みも、上述した仕組みと同様である。
On the other hand, when the pressure in the internal space V increases and becomes equal to or higher than the set value, a part of the valve body 90 (specifically, a portion that closes the opening
また、カバー部材100において接続方向D2から見て複数の弁体90と重ならない位置に、収容空間Sと外部空間とを連通した排気口100a(図4の例では二つの排気口100a)が設けられている。これにより、第一連通孔73〜78及び第二連通孔83〜88を介して内部空間Vから放出されたガスを、収容空間Sに溜めることなく、排気口100aを介して外部空間に適切に排出することができる。
Further, an
上記実施形態のニッケル水素電池12では、上記内部空間Vのうち電解液が存在しない第二領域(電解液が存在しない残空間)V2の気圧が大気圧よりも低く電解液の飽和蒸気圧よりも高い。このため、第二領域V2にガスを充填させたときの圧力上昇が緩やかになる。言い換えれば、第二領域V2を大気圧状態としたときに比べ、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高くしたときには、一定の圧力に到達するまでに多くのガス量を受け入れることができる。これにより、瞬時に多くのガスが発生したとしても、圧力調整弁60が作用するまでの時間が長くなるので、ニッケル水素電池12の高出力化を図ることができる。
In the nickel
上記実施形態のニッケル水素電池12では、第二領域V2にガスを充填させたときの圧力上昇が緩やかになるので、その分、第二領域V2の体積を小さくすることができる。すなわち、所定の気圧に到達するまでのバッファ領域としての第二領域V2を小さくすることができる。これにより、Z方向(第一方向)から見た平面視におけるニッケル水素電池12の体格を小さくすることができる。
In the nickel-
上記実施形態のニッケル水素電池12では、第二領域V2の気圧は、50kPa以下としているので、より確実かつより効率的にニッケル水素電池12の高出力化を図ることができる。
In the nickel
上記実施形態のニッケル水素電池12の内部空間Vは、第二領域V2の容積が0mLより大きく10mL以下という非常に狭い空間なので圧力が上昇し易い。このような構成であっても、第二領域V2の気圧を大気圧よりも低く電解液の飽和蒸気圧よりも高くすることで、ニッケル水素電池の高出力化を図ることができる。
Since the internal space V of the nickel-
上記実施形態の蓄電装置10では、圧力調整弁60を形成する第二連通孔84、並びに第二連通孔84に連通する第一連通孔74及び第一開口52aの開口方向が、水平方向に向くように、ニッケル水素電池12が配置されることが多い。このような場合、圧力調整弁60の弁体90が開弁したときに、内部空間Vから電解液が漏れ出る可能性が高くなる。上記実施形態のニッケル水素電池12では、第二領域V2の気圧を大気圧よりも低く電解液の飽和蒸気圧よりも高くすることで弁体90が開弁し難くなっている。このため、ニッケル水素電池12の第二連通孔84、第一連通孔74及び第一開口52aの開口方向が水平方向を向くように配置されたとしても電解液の漏出を抑制できる。
In the
次に、上述したような構成のニッケル水素電池12の構成において、内部空間Vの第二領域V2の気圧を、大気圧よりも低く、かつ電解液の飽和蒸気圧よりも高くする方法(蓄電モジュールの製造方法)の一例について説明する。本実施形態のニッケル水素電池12の製造方法は、図7に示されるように、準備工程S1と、溶着工程S2と、電解液注入工程S3と、調整弁接続工程S4と、を含んでいる。
Next, in the configuration of the nickel-
準備工程S1では、一方の面に正極36が形成され、他方の面に負極38が形成された電極板34からなるバイポーラ電極32と、枠状の第一樹脂部52と、を準備する。溶着工程S2では、準備工程S1において準備された枠状の第一樹脂部52を電極板34の周縁部に載置し、電極板34の周縁部に第一樹脂部52を溶着する。第一樹脂部52は、例えば、熱板溶着、レーザ透過溶着、及び超音波溶着等によって電極板34に溶着される。
In the preparation step S1, a
電解液注入工程S3では、溶着工程S2において製造される、電極板34に第一樹脂部52が溶着されたユニットが積層され、ユニット同士が互いに溶着される。この溶着も、例えば、熱板溶着、レーザ透過溶着、及び超音波溶着等によって互いに隣り合うユニット同士が溶着される。電解液注入工程S3は、このようにして積層されて形成された積層体30において、互いに隣り合う電極板34,34と第一樹脂部52とによって囲まれることによって形成される内部空間Vに電解液を注入する工程である。電解液注入工程S3は、内部空間Vの気圧を第一樹脂部52の外側である外部空間よりも下げ、内部空間Vと外部空間との気圧差によって電解液を注入する。電解液注入工程S3は、内部空間Vに電解液が存在しない領域(第二領域V2)が形成されるように、注入する電解液の量を調整する。
In the electrolytic solution injection step S3, the units manufactured in the welding step S2 and having the
調整弁接続工程S4は、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い環境下において、電解液が注入された積層体30の開口50aに圧力調整弁60を接続する。具体的には、電解液注入工程S3において電解液が注入された積層体30を、気圧が調整可能な圧力調整装置に備わる収容部に収容する。調整弁接続工程S4では、収容部内の気圧を50kPa以下かつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い気圧となるように設定する。また、調整弁接続工程S4では、内部空間Vに電解液が存在しない領域(すなわち、第二領域V2)の容積が、0mLより大きく10mL以下となるように、注入する電解液の量を調整する。なお、当該収容部内の気圧(すなわち第二領域V2の気圧)は、電解液の特性、量、及び第二領域V2の体積等に基づいて適宜設定される。圧力調整弁60は、上記の環境下の元で、熱板溶着機によって接続される。これにより、電解液注入工程S3において電解液が注入された際に大気圧になった内部空間Vの第二領域V2における気圧を、もう一度減圧することができる。本実施形態では、内部空間Vの第二領域V2における気圧を、50kPa以下かつ電解液が沸騰する気圧よりも高い気圧とすることができる。
In the regulating valve connection step S4, the
上記実施形態のニッケル水素電池12の製造方法は、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高い環境下において、電解液が注入された積層体30の開口50aに圧力調整弁60を接続するので、圧力調整弁60を接続後の内部空間Vの圧力を、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高くすることができる。このため、第二領域V2にガスを充填させたときの圧力上昇が緩やかになる。言い換えれば、第二領域V2を大気圧状態としたときに比べ、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高くしたときには、一定の圧力に到達するまでに多くのガス量を受け入れることができる。これにより、瞬時に多くのガスが発生したとしても、圧力調整弁60が作用するまでの時間が長くなるので、ニッケル水素電池12の高出力化を図ることができる。
In the manufacturing method of the nickel
以上、一実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。 As mentioned above, although one embodiment was described in detail, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
上記実施形態では、積層方向D1に隣り合う電極板34,34と、第一樹脂部52とによって気密に仕切られた内部空間Vの全ての気圧が、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高くなるように構成された例を挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、複数の上記内部空間Vのうち、一部の内部空間Vの気圧が、大気圧よりも低くかつ電解液の飽和蒸気圧よりも高くなるように構成されてもよい。
In the above-described embodiment, all the atmospheric pressures in the internal space V that is hermetically partitioned by the
上記実施形態及び変形例では、図4に示されるように、内部空間Vに連通する連通孔のそれぞれに弁体90を設ける圧力調整弁60を例に挙げて説明したが、内部空間Vが所定の圧力以上となったときに内部空間Vの圧力が解放されるような構成であれば、どのような構成の圧力調整弁であってもよい。また、上記実施形態の圧力調整弁60は、内部空間Vの圧力が解放されれば再び閉弁する構成を例に挙げて説明したが、開弁状態のまま閉弁状態に戻らない構成(圧力解放弁)であってもよい。
In the above embodiment and the modification, as illustrated in FIG. 4, the
上記実施形態及び変形例では、積層方向D1に隣り合う電極板34,34と、第一樹脂部52とによって気密に仕切られた内部空間Vが複数形成されている例を挙げて説明したが、積層体を収容する収容体によって内部空間が形成されてもよい。また、内部空間の数は、一つであってもよい。
In the said embodiment and modification, although the
上記実施形態及び変形例では、電極板34の周縁部に第一樹脂部52を溶着することによって枠体50を形成する例を挙げて説明したが、射出成形によって電極板34の周縁部に枠体50を形成してもよい。
In the said embodiment and modification, although the example which forms the
また、上記実施形態及び変形例では、ニッケル水素電池の製造方法を挙げて説明したが、リチウムイオン二次電池の製造方法に適用してもよい。この場合、正極が形成された電極板と負極が形成された電極板とがセパレータ介して積層される積層体を含む構成であてもよい。正極活物質は、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等である。負極活物質は、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、SiOx(0.5≦x≦1.5)等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等である。電極板は、ステンレススチール箔等を用いることができる。 Moreover, although the said embodiment and modification demonstrated and demonstrated the manufacturing method of the nickel hydride battery, you may apply to the manufacturing method of a lithium ion secondary battery. In this case, a configuration including a laminate in which an electrode plate on which a positive electrode is formed and an electrode plate on which a negative electrode is formed is laminated via a separator may be employed. The positive electrode active material is, for example, a composite oxide, metallic lithium, sulfur or the like. Examples of the negative electrode active material include carbon such as graphite, highly oriented graphite, mesocarbon microbeads, hard carbon, and soft carbon, alkali metals such as lithium and sodium, metal compounds, and SiOx (0.5 ≦ x ≦ 1.5). And metal oxides such as boron and carbon added with boron. For the electrode plate, stainless steel foil or the like can be used.
10…蓄電装置、12…ニッケル水素電池、30…積層体、32…バイポーラ電極、34…電極板、36…正極、38…負極、40…セパレータ、50…枠体(収容体)、52…第一樹脂部、54…第二樹脂部、60…圧力調整弁、D1…積層方向、D2…接続方向、S1…準備工程、S2…溶着工程、S3…電解液注入工程、S4…調整弁接続工程、V…内部空間、V1…第一領域、V2…第二領域。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記積層体を収容する収容体と、
前記収容体によって囲まれる内部空間に連通する開口に接続される圧力調整弁と、を備え、
前記内部空間は、水酸化カリウムを含む電解液が存在する第一領域と前記電解液が存在しない第二領域とを有し、
前記第二領域の気圧は、大気圧よりも低く、かつ前記電解液の飽和蒸気圧よりも高い、ニッケル水素電池。 A nickel-metal hydride battery having a laminate in which a bipolar electrode composed of an electrode plate having a positive electrode formed on one surface and a negative electrode formed on the other surface is laminated in a first direction through a separator,
A container for housing the laminate;
A pressure regulating valve connected to an opening communicating with the internal space surrounded by the container,
The internal space has a first region where an electrolyte containing potassium hydroxide is present and a second region where the electrolyte is not present,
The nickel-metal hydride battery, wherein the pressure in the second region is lower than atmospheric pressure and higher than the saturated vapor pressure of the electrolyte.
前記圧力調整弁は、互いに隣り合う前記電極と前記枠体とによって囲まれる複数の内部空間のそれぞれに連通する開口に接続される、請求項1〜4の何れか一項記載のニッケル水素電池。 The container is a frame that holds a peripheral edge of the electrode plate and covers a side surface orthogonal to the first direction in the laminate.
5. The nickel hydrogen battery according to claim 1, wherein the pressure regulating valve is connected to an opening communicating with each of a plurality of internal spaces surrounded by the electrode and the frame adjacent to each other.
前記内部空間の気圧を前記収容体の外部空間の気圧よりも下げ、前記内部空間と前記外部空間との気圧差によって前記内部空間に電解液を注入する電解液注入工程と、
前記電解液が注入された前記内部空間の前記開口に前記圧力調整弁を接続する調整弁接続工程と、を含み、
前記電解液注入工程は、前記内部空間に前記電解液が存在しない領域が形成されるように、注入する前記電解液の量を調整し、
前記調整弁接続工程は、大気圧よりも低くかつ前記電解液の飽和蒸気圧よりも高い気圧環境下において前記開口に前記圧力調整弁が接続される、蓄電モジュールの製造方法。 A laminated body in which an electrode made of an electrode plate on which at least one of a positive electrode and a negative electrode is formed is laminated in a first direction via a separator, a housing body that houses the laminated body, and an internal space surrounded by the housing body A pressure regulating valve connected to an opening that communicates, and a method of manufacturing a power storage module comprising:
An electrolyte injection step of lowering the atmospheric pressure of the internal space below the atmospheric pressure of the external space of the container, and injecting an electrolytic solution into the internal space by a pressure difference between the internal space and the external space;
A regulating valve connecting step of connecting the pressure regulating valve to the opening of the internal space into which the electrolytic solution has been injected, and
In the electrolyte injection step, the amount of the electrolyte to be injected is adjusted so that a region where the electrolyte does not exist is formed in the internal space.
In the method for manufacturing a power storage module, the regulating valve connection step includes connecting the pressure regulating valve to the opening in an atmospheric pressure environment lower than atmospheric pressure and higher than a saturated vapor pressure of the electrolytic solution.
前記蓄電モジュールは、ニッケル水素電池であり、
前記電解液には、水酸化カリウムが含まれる、請求項6記載の蓄電モジュールの製造方法。 The electrode is a bipolar electrode in which a positive electrode is formed on one surface of the electrode plate and a negative electrode is formed on the other surface;
The power storage module is a nickel metal hydride battery,
The method for manufacturing a power storage module according to claim 6, wherein the electrolytic solution contains potassium hydroxide.
前記調整弁接続工程は、互いに隣り合う前記電極と前記枠体とによって囲まれる複数の内部空間のそれぞれに連通する開口に前記圧力調整弁が接続される、請求項6又は7記載の蓄電モジュールの製造方法。 The container is a frame that holds a peripheral edge of the electrode plate and covers a side surface orthogonal to the first direction in the laminate.
8. The power storage module according to claim 6, wherein in the adjustment valve connection step, the pressure adjustment valve is connected to an opening communicating with each of a plurality of internal spaces surrounded by the electrodes and the frame adjacent to each other. Production method.
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